DE102006041756A1

DE102006041756A1 - Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102006041756A1
Application number: DE102006041756A
Authority: DE
Inventors: Reiner Krapf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2008-03-06
Also published as: EP2064482A1; WO2008028726A1; CN101512211A; RU2009112161A; US20090276080A1; CN101512211B; RU2453415C2

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung mit einer Erkennungseinheit (24) zur Erkennung einer Anwendungssituation bei einer Werkzeugmaschine (10). Es wird vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit (24) dazu vorgesehen ist, eine Anwendungssituation anhand wenigstens einer Abstandskenngröße (42, 44, 46, 82, 98) zu erkennen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses bei einer Kreissäge ist bekannt. Hierzu weist die Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung eine Sensoreinheit zur Erzeugung und Erfassung eines elektromagnetischen Signals auf, welche in der Nähe eines Sägeblatts angeordnet ist. Ein Annähern eines Körperteils an das Sägeblatt kann durch Überwachung des Frequenzspektrums des Signals detektiert werden.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung mit einer Erkennungseinheit zur Erkennung einer Anwendungssituation bei einer Werkzeugmaschine.
Es wird vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit dazu vorgesehen ist, eine Anwendungssituation anhand wenigstens einer Abstandskenngröße zu erkennen. Dadurch kann eine sichere, auf gängigen Erfassungsmethoden und Auswerteverfahren basierende Werkzeugüberwachungsvorrichtung erreicht werden. Unter einer „Abstandskenngröße" kann in diesem Zusammenhang insbesondere eine Kenngröße verstanden werden, mittels welcher ein Abstand ermittelbar ist. Die Abstandskenngröße wird vorzugsweise mittels eines Erfassungssignals, wie z.B. eines elektromagnetischen Signals, insbesondere eines Lichtsignals, oder eines Ultraschallsignals, erfasst. Dabei kann die Abstandskenngröße eine Laufzeit, eine Phasenlage, eine Frequenz des Erfassungssignals oder eine durch ein Triangulationsverfahren erfasste Kenngröße usw. sein. Diese können z.B. nach einem Empfangen des Erfassungssignals in eine elektrische Abstandskenngröße, wie z.B. in eine elektrische Spannung, in einen elektrischen Strom, in eine Ladung usw., umgewandelt werden. Die Abstandskenngröße kann ferner zur Erkennung der Anwendungssituation ausgewertet werden, ohne dass eine quantitative Bestimmung des entsprechenden Abstands erfolgt. Unter einer „Erkennung" einer Anwendungssituation kann in diesem Zusammenhang insbesondere das Feststellen des Vorhandenseins einer bestimmten Situation bei einem Anwendungsprozess der Werkzeugmaschine verstanden werden. Der Anwendungsprozess der Werkzeugmaschine ist dabei insbesondere nicht beschränkt auf die bestimmungsgemäße Nutzung der Werkzeugmaschine. Auch eine unsachgemäße Nutzung der Werkzeugmaschine und insbesondere eine Nutzung ohne ein zu bearbeitendes Werkstück ist hierbei als Anwendungssituation bei der Werkzeugmaschine zu verstehen. Dabei kann das Feststellen des Vorhandenseins einer bestimmten Si tuation vorteilhafterweise zur Einleitung von Sicherheitsmaßnahmen dienen.
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung eignet sich insbesondere für Werkzeugmaschinen, bei welchen ein Anwendungsprozess mittels einer manuellen Bedienung, wie z.B. durch die Handhabung eines Werkstücks bei dessen Bearbeitung, durchgeführt wird. Es kann insbesondere eine hohe Sicherheit bei solchen Werkstückbearbeitungsprozessen erreicht werden, in denen eine Gefahr besteht, dass ein Bediener in Kontakt mit einem bearbeitenden Werkzeug, wie z.B. einem schneidenden Werkzeug, kommt. Hierzu weist die Erkennungseinheit vorteilhafterweise zumindest einen Überwachungsbereich auf, in welchem vorzugsweise die Abstandskenngröße erfasst wird, welcher in einem Anbringbereich der Werkzeugmaschine zum Anbringen eines Werkstücks ans Werkzeug angeordnet ist. Der Anbringbereich weist vorzugsweise ein Führungsmittel auf, das zur Führung des Werkstücks durch den Bediener vorgesehen ist.
Zur Auswertung der erfassten Abstandskenngröße, insbesondere zur Bestimmung der Anwendungssituation anhand der Abstandskenngröße, weist die Erkennungseinheit vorzugsweise eine Recheneinheit auf, die z.B. als Mikroprozessor und Mikrokontroller ausgebildet ist.
Es wird außerdem vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit dazu vorgesehen ist, die Anwendungssituation anhand eines Satzes von Abstandskenngrößen zu erkennen, wodurch eine besonders präzise und zuverlässige Erkennung einer Anwendungssituation erreicht werden kann. Es kann eine hohe Anzahl an möglichen Anwendungssituationen einfach durch einen Vergleich von mehreren Abstandskenngrößen erkannt werden. Besonders vorteilhaft kann eine Abstandskenngröße zum Bestätigen oder zum Entkräften einer mit Hilfe einer weiteren Abstandskenngröße bestimmten Kann-Situation dienen. Die zur Erkennung dienenden Abstandskenngrößen können zu einem gegebenen Zeitpunkt verschiedenen Erfassungsbereichen entsprechen und/oder sie können über ein Zeitintervall verteilt sein.
Die Erkennungseinheit weist vorzugsweise ein Sensormittel auf, welches zur Erfassung einer oder mehrerer Abstandskenngrößen vorgesehen ist. Das Sensormittel kann als Laserentfernungsmesser, Triangulationssensor, Ultraschallsensor, Radar- oder Ultrabreitbandsensor oder Kapazitivsensor usw. ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit einen Satz von Sensormitteln zur Erfassung zumindest einer Abstandskenngröße aufweist, wodurch eine Überwachung großer Räume erreicht werden kann.
Um eine besonders genaue und sichere Erkennung einer Anwendungssituation erreichen zu können, wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit zumindest drei Sensormittel zur Erfassung einer Abstandskenngröße aufweist.
Ein besonders einfaches Auswertungsverfahren kann erreicht werden, wenn die Erkennungseinheit dazu vorgesehen ist, die Anwendungssituation anhand einer Differenz zwischen Abstandskenngrößen zu erkennen. Dabei kann eine Differenz zwischen Abstandskenngrößen zu einem Zeitpunkt und/oder zwischen Ab standskenngrößen zu verschiedenen Zeitpunkten zur Erkennung der Anwendungssituation dienen.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit dazu vorgesehen ist, die Anwendungssituation anhand einer zeitlichen Änderung einer Abstandskenngröße zu erkennen. Dadurch kann eine schnelle Erkennung der Anwendungssituation erreicht werden. Dies kann besonders einfach erreicht werden, wenn die Erkennungseinheit darauf abgestimmt ist, Änderungen mit einer hohen Änderungsrate, wie z.B. sprungartige Übergänge oder Diskontinuitäten im zeitlichen Verlauf der Abstandskenngröße, zu erfassen und/oder aufzunehmen. Außerdem kann die Erkennungseinheit zur Erkennung von vorgegebenen Mustern im Zeitverlauf der Abstandskenngröße vorgesehen sein.
Eine hohe Flexibilität in der Gestaltung von Überwachungsfunktionen kann erreicht werden, wenn die Erkennungseinheit zumindest zwei Überwachungsbereiche zum Überwachen eines Anwendungsprozesses der Werkzeugmaschine festlegt. Einem Überwachungsbereich ist vorzugsweise ein Sensormittel oder ein Satz von Sensormitteln zugeordnet. Dabei kann ein Überwachungsbereich z.B. einem Erfassungsbereich eines Sensormittels entsprechen.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass den Überwachungsbereichen jeweils ein unterschiedlicher Betriebsmodus der Werkzeugmaschine zugeordnet ist, wodurch eine hohe Flexibilität in der Anwendung der Werkzeugmaschine erzielt werden kann. Hierzu ist die Erkennungseinheit vorzugsweise mit einer Steuereinheit der Werkzeugmaschine verbunden. Beispielsweise können den Betriebsmodi verschiedene Sicherheitsstufen bei einem Betrieb der Werkzeugmaschine entsprechen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zumindest einem der Überwachungsbereiche ein Warnmodus der Werkzeugmaschine zugeordnet ist. Dadurch können vorteilhaft bei Erkennung einer potentiell gefährlichen Anwendungssituation Vorschutzmaßnahmen eingeleitet werden, bevor ein Bediener sich in einer akuten Gefahr befindet. Beispielsweise kann der Bediener, z.B. durch ein Warnsignal, vor einer möglichen Gefahr gewarnt werden. Dabei ist vorzugsweise einem weiteren Überwachungsbereich ein Sicherheitsmodus zur Sicherheitsabschaltung der Werkzeugmaschine zugeordnet.
In diesem Zusammenhang können ein vorteilhafter Warneffekt und eine hohe Sicherheit erreicht werden, wenn die Erkennungseinheit im Zusammenwirken mit einer Werkzeugmaschinenantriebseinheit zum Antreiben eines Werkzeugs zum Verlangsamen eines Werkzeugantriebs im Warnmodus vorgesehen ist. Hierzu weist die Erkennungseinheit vorzugsweise eine Schnittstelle auf, die zur Kopplung mit einer Steuereinheit zum Steuern der Werkzeugmaschinenantriebseinheit vorgesehen ist. Ferner kann die Erkennungseinheit eine Steuereinheit zum Senden eines Steuersignals an die Werkzeugmaschinenantriebseinheit aufweisen.
In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zumindest einem der Überwachungsbereiche eine Sicherheitsabschaltung der Werkzeugmaschine zugeordnet ist, wodurch eine hohe Bediensicherheit der Werkzeugmaschine erreicht werden kann.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit eine Recheneinheit umfasst, die dazu vorgesehen ist, die Anwendungssituation durch eine auf einer unscharfen und/oder neuronalen Logik basierende Auswertung von Abstandskenngrößen zu erkennen. Mit Hilfe einer unscharfen und/oder neuronalen Logik kann von der Recheneinheit eine große und komplexe Informationsmenge schnell ausgewertet werden. Unter einer „unscharfen Logik" kann in diesem Zusammenhang insbesondere eine Logik verstanden werden, die dem Auftreten eines bestimmten Ereignisses einen Wahrscheinlichkeitswert im Intervall zwischen 0 (falsch) und 1 (wahr) zuordnet.
In einer weiteren Ausführungsvariante wird vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit eine Datenbank aufweist, in welcher einem Satz von Abstandskenngrößen eine Anwendungssituation zugeordnet ist, wodurch ein einfacher Erkennungsprozess einer Anwendungssituation erreicht werden kann. Vorteilhafterweise kann die Datenbank durch einen Endbenutzer programmierbar sein.
Ferner wird ein Verfahren zur Erkennung einer Anwendungssituation bei einem Anwendungsprozess einer Werkzeugmaschine vorgeschlagen, bei dem zur Erkennung der Anwendungssituation wenigstens eine Abstandskenngröße erfasst wird. Dadurch kann ein sicheres Erkennungsverfahren mit gängigen Erfassungsmitteln einfach erreicht werden.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 eine Kreissäge mit einem Sägetisch, aus welchem ein Sägeblatt herausragt, und einer Überwachungsvorrichtung mit drei Abstandssensoren,
2 die Kreissäge aus 1 mit einer alternativen Ausgestaltung der Überwachungsvorrichtung,
3 die Kreissäge aus 1 in einer Ansicht von oben mit einer alternativen Überwachungsvorrichtung, die vier Überwachungsbereiche aufweist,
4 eine interne Schaltung der Kreissäge in der Ausführung aus 3,
5 und 6 Bearbeitungsprozesse mit der Kreissäge aus 3,
7 und 8 Diagramme zur Erläuterung der Erkennungsfunktion der Überwachungsvorrichtung,
9 eine Datenbank der Überwachungsvorrichtung,
10 den Sägetisch, ein Werkstück und eine auf dem Werkstück aufgelegte Hand und
11 den Verlauf einer Abstandskenngröße in der Situation aus 10.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist eine als Kreissäge ausgebildete Werkzeugmaschine 10 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Diese umfasst einen Sägetisch 12 mit einer Bearbeitungsfläche 14, auf welche ein zu bearbeitendes Werkstück 16 (5) aufgelegt werden kann, ein als Sägeblatt ausgebildetes Werkzeug 18, welches aus dem Sägetisch 12 herausragt und eine als Elektromotor ausgebildete Werkzeugmaschinenantriebseinheit 20 zum Antreiben des Werkzeugs 18 (siehe 4). Bei einem Bearbeiten des Werkstücks 16 durch einen Bediener wird das Werkstück 16 in einer Anbringrichtung 17 gegen das Werkzeug 18 geschoben. Hierzu bildet der Teil der Bearbeitungsfläche 14, welcher in Anbringrichtung 17 vor dem Werkzeug 18 angeordnet ist, einen Anbringbereich 19, auf welchem das Werkstück 16 geführt wird. Die Begrenzung des Anbringbereichs 19 ist in der Figur durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
Zur Überwachung von Bearbeitungsprozessen der Werkzeugmaschine 10 ist diese mit einer Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 22 versehen. Die Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 22 weist eine Erkennungseinheit 24 auf, die dazu vorgesehen ist, eine bei einem Bearbeitungsprozess der Werkzeugmaschine 10 auftretende Anwendungssituation zu erkennen. Hierzu umfasst die Erkennungseinheit 24 eine Sensoreinheit 26, die als ein Satz von drei Sensormitteln 28, 30, 32 ausgebildet ist. Die Sensoreinheit 26 ist in einem Trägerelement 34 fixiert, welches sich über die Breite des Sägetischs 12 oberhalb der Bearbeitungsfläche 14 erstreckt. Hierbei sind die Sensormittel 28, 30, 32 entlang einer Sensorachse 36 angeordnet, welche quer zur Anbringrichtung 17 zum Anbringen des Werkstücks 16 zum Werkzeug 18 ausgerichtet ist. Die Werkzeugmaschine 10 weist ferner eine als Lautsprecher ausgebildete Signalausgabeeinheit 40 auf. Eine optische Signalausgabeeinheit ist ebenfalls denkbar.
Die Sensormittel 28, 30, 32 sind jeweils als Abstandssensor ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Sensormittel 28, 30, 32 jeweils als Infrarot-Sensor ausgebildet, welcher eine Abstandskenngröße 42, 44, 46 (siehe z.B. 4) mittels eines Triangulationsverfahrens erfasst. Diese Art von Sensoren sowie die Erfassung einer Abstandskenngröße durch Triangulation sind bekannt, so dass diese im Rahmen dieser Beschreibung nicht näher beschrieben werden. Die Sensormittel 28, 30, 32 legen jeweils einen Überwachungsbereich 48, 50, 52 fest, dessen Projektion auf der Bearbeitungsfläche 14 mittels einer gestrichelten Linie schematisch dargestellt ist, innerhalb dessen eine Erfassung der Abstandskenngröße 42, 44 bzw. 46 stattfinden kann. Die Überwachungsbereiche 48, 50, 52 der Erkennungseinheit 24 befinden sich im Anbringbereich 19 der Bearbeitungsfläche 14. Die Abstandskenngrößen 42, 44, 46 entsprechen jeweils einem Abstand zu einem sich im entsprechenden Überwachungsbereich 48, 50 bzw. 52 befindenden Objekt oder, bei freiem Überwachungsbereich, dem Abstand zur Bearbeitungsfläche 14. Die Überwachungsbereiche 48, 50, 52 sind durch die Reichweite der entsprechenden Sensormittel 28, 30, 32 festgelegt. Die Überwachungsbereiche 48, 50, 52 erstrecken sich kegelförmig entlang einer Erfassungsrichtung 54, die senkrecht zur Bearbeitungsfläche 14 des Sägetischs 12 ausgerichtet ist.
Zur Erkennung einer Anwendungssituation anhand der Abstandskenngrößen 42, 44, 46, ist die Erkennungseinheit 24 mit einer Recheneinheit 56 versehen, die als Mikroprozessor ausgebildet ist. Diese ist unterhalb des Sägetischs 12 angeordnet und über Kabelverbindungen mit der Sensoreinheit 26 verbunden. Eine alternative Anordnung der Recheneinheit 56, wie z.B. im Trägerelement 34, ist ebenfalls denkbar.
Eine alternative Ausführung der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 22 ist in 2 dargestellt. Hierbei ist die Sensoreinheit 26 mit drei Sensormitteln 58, 60, 62 in einem alternativen Trägerelement 64 aufgenommen. Dieses ist im hinteren Bereich des Sägetischs 12 abgestützt und weist einen Teilbereich 66 zur Aufnahme der Sensormittel 58, 60, 62 auf, welcher sich über einen Teil der Breite des Sägetischs 12 erstreckt. Durch die Anordnung der Sensormittel 58, 60, 62 in diesem Teilbereich 66 erstrecken sich die Überwachungsbereiche 48, 52 kegelförmig entlang von Erfassungsrichtungen 68, 70, die schräg zur Bearbeitungsfläche 14 ausgerichtet sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Erkennungseinheit 24 zu einem Ultrabreitbandbetrieb vorgesehen. Hierzu sind die Sensormittel 58, 60, 62 der Sensoreinheit 26 jeweils als UWB-Sensor (Ultra Wide Band oder Ultrabreitband-Sensor) ausgebildet. Diese sind zur Erfassung einer Abstandskenngröße mittels eines als breitbandiges Signal ausgebildeten elektromagnetischen Signals vorgesehen, das eine Mittenfrequenz zwischen 1 GHz und 150 GHz und eine Frequenzbandbreite von mindestens 500 Hz aufweist.
Eine weitere Ausführungsform der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 22 aus 1 wird anhand von 3 be schrieben, in welcher die Werkzeugmaschine 10 in einer Ansicht von oben dargestellt ist. Dabei ist die Erkennungseinheit 24 mit einer alternativen Sensoreinheit 72 versehen. Der Übersichtlichkeit halber wurde auf die Darstellung des Trägerelements 34 aus 1 und der Sensoreinheit 72 verzichtet. Die Sensoreinheit 72 ist in 4 dargestellt. Es sind die Projektionen von den Überwachungsbereichen 48, 52 und von zwei weiteren Überwachungsbereichen 74, 76 auf der Bearbeitungsfläche 14 dargestellt. Die Überwachungsbereiche 48, 52, 74, 76 sind im Anbringbereich 19 der Bearbeitungsfläche 14 angeordnet. Die Überwachungsbereiche 74, 76 sind in Anbringrichtung 17 vor dem Werkzeug 18 angeordnet, wobei der Überwachungsbereich 76 in Anbringrichtung 17 direkt vor dem Werkzeug 18 angeordnet ist und der Überwachungsbereich 74 sich in Anbringrichtung 17 vor dem Überwachungsbereich 76 befindet. Die Überwachungsbereiche 48, 52 sind seitlich neben den Überwachungsbereichen 74, 76 angeordnet, wobei der Begriff „seitlich" sich auf die Sensorachse 36 senkrecht zur Anbringrichtung 17 bezieht. Die Überwachungsbereiche 48, 76, 52 sind von den Sensormitteln 28, 30, 32 aus 1 festgelegt, während der Überwachungsbereich 74 einem weiteren Sensormittel 78 entspricht, welches in 4 dargestellt ist. Das Sensormittel 78 kann als Triangulationssensor, als UWB-Sensor, oder als weiterer, dem Fachmann als sinnvoll erscheinender Abstandssensor ausgebildet sein.
In 4 ist eine interne Schaltung der Werkzeugmaschine 10 schematisch dargestellt. Es sind das als Sägeblatt ausgebildete Werkzeug 18, die Erkennungseinheit 24, die Werkzeugmaschinenantriebseinheit 20, eine Steuereinheit 80 zum Steuern der Werkzeugmaschinenantriebseinheit 20 und die Signalausga beeinheit 40 gezeigt. Die Erkennungseinheit 24 weist die Sensoreinheit 72, welche die Sensormittel 28, 30, 32, 78 umfasst, und die Recheneinheit 56 auf. Die Recheneinheit 56 ist zum Empfangen von den Abstandskenngrößen 42, 44, 46 und einer vom Sensormittel 78 erfassten Abstandskenngröße 82 mit der Sensoreinheit 72 verbunden. Die Recheneinheit 56 ist ferner mit der Steuereinheit 80 verbunden. Die Abstandskenngrößen 42, 44, 46, 82 sind in diesem Beispiel als elektrische Spannungen ausgebildet, welche von den Sensormitteln 28, 30, 32, 78 der Sensoreinheit 72 in Abhängigkeit eines Abstands im entsprechenden Überwachungsbereich 48, 76, 52 bzw. 74 ausgegeben werden. Ferner ist die Recheneinheit 56 mit einer Speichereinheit 84 verbunden.
In diesem Beispiel ist die Recheneinheit 56 mit der Steuereinheit 80 mittels einer Kabelverbindung verbunden. In einer alternativen Ausführungsform ist denkbar, dass die Recheneinheit 56 im Trägerelement 34 (siehe 1) angeordnet ist und zur Herstellung einer Datenverbindung mit der Steuereinheit 80 über eine drahtlose Verbindung, wie z.B. über eine Funkverbindung, vorgesehen ist. Dadurch kann ein optionaler Einsatz der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 22 in Kombination mit der Werkzeugmaschine 10 mit geringem Montageaufwand, insbesondere ohne aufwendige Verkabelung, besonders einfach erreicht werden.
Bearbeitungsprozesse mit der Werkzeugmaschine 10 werden anhand der 5 und 6 erläutert. Ferner wird zur Erläuterung der Funktionsweise der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 22 auf die 7 und 8 verwiesen. Die 7 und 8 stellen in einem Diagramm die von den Sensormitteln 28, 30, 32, 78 ausgegebenen, als elektrische Spannungen ausgebildeten Abstandskenngrößen 42, 44, 46, 82 als Funktion der Zeit t dar. Der Übersichtlichkeit halber werden die entsprechenden Abstandskenngrößen 42, 44, 46, 82 jeweils in einem separaten Bereich der y-Achse dargestellt. Die Abstandskenngrößen 42, 82, 46 bzw. 44 sind jeweils den Sensormitteln 28, 78, 32 bzw. 30 zugeordnet.
Es wird angenommen, dass ein Bediener die Bearbeitung des als Holzbrett ausgebildeten Werkstücks 16 mittels der Werkzeugmaschine 10 vornimmt. Vor dem Auflegen des Werkstücks 16 auf die Bearbeitungsfläche 14 entsprechen die erfassten Abstandskenngrößen dem gleichen Abstand, und zwar dem Abstand der Sensormittel 28, 78, 32, 30 zur Bearbeitungsfläche 14. Das Werkstück 16 wird auf die Bearbeitungsfläche 14 aufgelegt und von dem Bediener in der Anbringrichtung 17 zum Werkzeug 18 bewegt. Zum Zeitpunkt t₀ gelangt das Werkstück 16 in den Überwachungsbereich 74. Wie in 7 zu sehen ist, weist die Abstandskenngröße 82 einen sprungartigen Übergang auf, welcher der Reduzierung des Abstands um die Dicke des Werkstücks 16 im Überwachungsbereich 74 entspricht. Zum Zeitpunkt t₁ dringt das Werkstück 16 in die Überwachungsbereiche 48 und 52 ein, wobei die Abstandskenngrößen 42, 46 einen sprungartigen Übergang aufweisen. Es wird ferner angenommen, dass sich beim Bewegen des Werkstücks 16 in der Anbringrichtung 17 die Hände des Bedieners an den Rändern des Werkstücks 16 (durchgezogene Handsymbole 86) befinden. Bei einem Weiterbewegen des Werkstücks 16 gelangen die Hände des Bedieners jeweils in einen der Überwachungsbereiche 48, 52 zu einem Zeitpunkt t₂ (6). Dies wird durch die Sensormittel 28, 32 regis triert (siehe 7). Zu einem späteren Zeitpunkt t₃ gelangt das Werkstück 16 in den Überwachungsbereich 76.
Die Recheneinheit 56 ist dazu programmiert, Anwendungssituationen mittels einer logischen Methode zu erkennen. Eine Anwendungssituation wird als Ergebnis einer logischen Abfragekette erreicht. Dabei überwacht die Recheneinheit 56 einerseits Differenzen zwischen den Abstandskenngrößen 42, 82, 46, andererseits registriert die Recheneinheit 56 den zeitlichen Verlauf aller Abstandskenngrößen. Insbesondere wird für jede Abstandskenngröße die Anzahl der sprungartigen Übergänge registriert. Das entsprechende Auswertungsprogramm ist in der Speichereinheit 84 gespeichert.
Zwischen den Zeitpunkten t_l und t₂ sind alle Differenzen zwischen den Abstandskenngrößen 42, 82, 46 gleich Null. Die Recheneinheit 56 interpretiert dies als eine sichere Anwendungssituation, für welche keine weiteren Maßnahmen notwendig sind. Gelangen die Hände zum Zeitpunkt t₂ in die Überwachungsbereiche 48, 52, wird eine Differenz der Abstandskenngrößen 42, 46 zu der Abstandskenngröße 82 registriert. Dies löst im logischen Erkennungsverfahren einen weiteren Schritt aus, in welchem die jeweiligen Zustände der Abstandskenngrößen sowie deren zeitliche Verläufe herangezogen werden. Die Recheneinheit 56 stellt insbesondere fest, dass zum Zeitpunkt t₂ die Abstandskenngröße 44 sich noch in ihrem Anfangszustand befindet. Dies wird wiederum als eine Anwendungssituation erkannt, für die keine weiteren Maßnahmen notwendig sind.
Zum Zeitpunkt t₃ wird registriert, dass die Abstandskenngröße 44 ihren Wert ändert. Anhand dieser Information untersucht die Recheneinheit 56 die Zustände der weiteren Abstandskenngrößen. Da die Werte dieser Abstandskenngrößen unverändert vorliegen, was dem weiteren Vorhandensein der Hände in den Überwachungsbereichen 48, 52 entspricht, wird dies von der Recheneinheit 56 als eine unkritische Anwendungssituation erkannt.
Es wird nun angenommen, dass der Bediener eine Hand im Mittelbereich des Werkstücks 16 aufgelegt hat. Dies wird anhand des Diagramms in 8 beschrieben. Diese Situation ist in den 5 und 6 mittels eines gestrichelt dargestellten Handsymbols 88 gezeigt. Das Werkstück 16 dringt wie im vorherigen Beispiel zum Zeitpunkt t₀ in den Überwachungsbereich 74 ein. Zum Zeitpunkt t₄ gelangt die Hand in den Überwachungsbereich 74 (5), was in einem sprungartigen Übergang der Abstandskenngröße 82 zum Ausdruck kommt. Ferner gelangt das Werkstück 16 in den Überwachungsbereich 76 zum Zeitpunkt t₅. Zum Zeitpunkt t₄ gelangt die Hand in den Überwachungsbereich 74. Dabei entsteht eine Differenz der Abstandskenngröße 82 zu den Abstandskenngrößen 42, 46, was von der Recheneinheit 56 registriert wird. Die Recheneinheit 56 stellt ferner fest, dass eine zweite Diskontinuität der Abstandskenngröße 82 vorliegt. In der logischen Kette der Recheneinheit 56 wird dies als eine Anwendungssituation erkannt, in welcher ein Warnmodus der Werkzeugmaschine 10 einzuschalten ist. Hierzu gibt die Recheneinheit 56 ein Warnsignal 90 auf die Steuereinheit 80 (4), die einerseits die Ausgabe eines akustischen Signals durch die Signalausgabeeinheit 40 bewirkt und andererseits ein Steuersignal 92 an die Werkzeugmaschinenantriebseinheit 20 sendet. Dabei wird z.B. die Drehzahl des Werkzeugs 18 auf einen kleineren Wert eingestellt.
Ignoriert der Bediener diese Warnungen und gelangt seine Hand in den Überwachungsbereich 76 zu einem Zeitpunkt t₆, wird der entsprechende zweite sprungartige Übergang der Abstandskenngröße 44 durch die Recheneinheit 56 registriert, welche diese Anwendungssituation als akute Gefahrensituation erkennt. Hierbei gibt die Recheneinheit 56 ein Stoppsignal 94 auf die Steuereinheit 80, welche eine Sicherheitsabschaltung der Werkzeugmaschinenantriebseinheit 20 bewirkt. Durch die Erkennungseinheit 24, welche das Warnsignal 90 und das Stoppsignal 94 anhand einer Verminderung des Abstands im Überwachungsbereich 74 bzw. 76 auslöst, kann eine falsch negative Erkennung, in der die Gefahr einer Anwendungssituation unterschätzt wird, ausgeschlossen werden. Durch die weiteren Überwachungsbereiche 48, 52, und zwar durch einen Vergleich zwischen den Abstandskenngrößen, können ferner falsch positive Erkennungen, in welchen eine Warnung oder eine Sicherheitsabschaltung durch ein Überschätzen der Gefahr einer Anwendungssituation bewirkt wird, vorteilhaft verhindert werden. Zur Verhinderung der Ausgabe von solchen falsch positiven Signalen und zur Erhöhung des Anwendungskomforts kann die oben beschriebene Sensorik mittels Abstandssensoren mit einer weiteren Sensorik, insbesondere zur Materialerkennung, vorteilhaft kombiniert werden. Beispielsweise ist der zusätzliche Einsatz einer kapazitiven Erkennung und/oder einer Erkennung, welche auf der Anwendung eines Infrarot-Signals zur Erfassung der Körperwärme, auf einem spektroskopischen Verfahren zur Erkennung eines menschlichen Gewebes und/oder einem optischen Verfahren, z.B. mittels einer Videokamera, basiert, ebenfalls denkbar. Dies kann durch den Einsatz weiterer Sensormittel erreicht werden. Dies kann konstruktiv einfach dadurch erreicht werden, dass zumindest das Sensormittel 30 zu sätzlich zur Abstandserfassung zur Materialerkennung vorgesehen ist. Beispielsweise kann das Sensormittel 30 als UWB-Sensor ausgebildet sein.
Die Funktionsweise der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 22 in der Ausführung aus 1 kann der vorhergehenden Beschreibung entnommen werden, mit dem Unterschied, dass auf den Überwachungsbereich 74 verzichtet wird. Dieser Überwachungsbereich 74, welcher als Warnbereich angesehen werden kann, bringt den zusätzlichen Vorteil, dass auf eine kritische Anwendungssituation reagiert werden kann, bevor ein physikalischer Kontakt zwischen dem Bediener und dem Werkzeug 18 entsteht.
Zum Zweck der Erläuterung der Funktionsweise der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 22 wurden einfache Beispiele von Anwendungssituationen betrachtet, durch welche eine Anwendungssituation durch eine mit einer scharfen Logik programmierte Recheneinheit 56 schnell und sicher erkannt werden kann. Durch die Erfassung eines Satzes von Abstandskenngrößen entsteht eine Vielfalt an möglichen Konfigurationen der Abstandskenngrößen. Zur effektiven Erkennung der Anwendungssituationen ist die Recheneinheit 56 außerdem dazu vorgesehen, die Anwendungssituationen anhand einer unscharfen Logik und einer neuronalen Logik zu erkennen. Durch eine neuronale Logik können ferner vorteilhafte Selbstlernfunktionen der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 22 erreicht werden.
Die Recheneinheit 56 kann ferner eine Anwendungssituation mittels einer in der Speichereinheit 84 gespeicherten Datenbank 96 erkennen. Diese Datenbank 96 ist in 9 darge stellt. In dieser Datenbank 96 sind Sätzen von Abstandskenngrößen 98, die durch die Symbole a₁, a₂, ..., b_l, b₂, ..., c₁, C₂ usw. dargestellt sind, jeweils eine Anwendungssituation A, B, C usw. zugeordnet. Durch Vergleich eines erfassten Satzes von Abstandskenngrößen mit den gespeicherten Sätzen kann eine entsprechende Anwendungssituation erkannt werden. Diese Datenbank 96 kann beispielsweise mittels Computersimulationen hergestellt werden, in welchen mögliche Anwendungssituationen simuliert werden, und anschließend serienmäßig in der Speichereinheit 84 gespeichert werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist denkbar, dass die Erkennungseinheit 24 zur Mustererkennung vorgesehen ist. Hierzu registriert die Recheneinheit 56 absolute Werte von Abstandskenngrößen bzw. von anhand dieser Abstandskenngrößen ermittelten Abständen. Dabei kann die Recheneinheit 56 z.B. dazu programmiert sein, dass sie eine typische Handdicke (z.B. in einer Dickenspanne zwischen 2 und 5 cm) erkennt.
Ein weiterer Erkennungsmodus der Recheneinheit 56 ist in den 10 und 11 beschrieben. Eine Hand kann vom Werkstück 16 dadurch unterschieden werden, dass die Recheneinheit 56 eine kontinuierliche Änderung im Verlauf einer Abstandskenngröße, wie z.B. der Abstandskenngröße 42, registriert. Diese Variation, die in der 11 ab dem Zeitpunkt t₇ des Eindringens der Hand in den Überwachungsbereich 48 wahrnehmbar ist, entspricht einer schrägen Stellung der Hand auf dem Werkstück 16 und einer dadurch entstehenden Verminderung des erfassten Abstands und kann als Musterverlauf der Abstandskenngröße 42 durch die Recheneinheit 56 erkannt werden.
Die hier anhand einer Kreissäge beschriebene Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 22 kann sich ferner zum Einsatz bei weiteren Werkzeugmaschinen, insbesondere bei weiteren Typen von Sägen, wie z.B. Kapp- und/oder Gehrungssägen, bei Rasenmähern usw. eignen.

Claims

Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung mit einer Erkennungseinheit (24) zur Erkennung einer Anwendungssituation bei einer Werkzeugmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (24) dazu vorgesehen ist, eine Anwendungssituation anhand wenigstens einer Abstandskenngröße (42, 44, 46, 82, 98) zu erkennen.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (24) dazu vorgesehen ist, die Anwendungssituation anhand eines Satzes von Abstandskenngrößen (42, 44, 46, 82, 98) zu erkennen.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit einen Satz von Sensormitteln (28, 30, 32, 58, 60, 62, 78) zur Erfassung zumindest einer Abstandskenngröße (42, 44, 46, 82) aufweist.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (24) dazu vorgesehen ist, die Anwendungssituation anhand einer Differenz zwischen Abstandskenngrößen (42, 44, 46, 82) zu erkennen.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (24) dazu vorgesehen ist, die Anwendungssituation anhand einer zeitlichen Änderung einer Abstandskenngröße (42, 44, 46, 82) zu erkennen.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (24) zumindest zwei Überwachungsbereiche (48, 50, 52, 74, 76) zum Überwachen eines Anwendungsprozesses der Werkzeugmaschine (10) festlegt.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass den Überwachungsbereichen (74, 76) jeweils ein unterschiedlicher Betriebsmodus der Werkzeugmaschine (10) zugeordnet ist.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem der Überwachungsbereiche (74) ein Warnmodus der Werkzeugmaschine (10) zugeordnet ist.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (24) im Zusammenwirken mit einer Werkzeugmaschinenantriebseinheit (20) zum Antreiben eines Werkzeugs (18) zum Verlangsamen eines Werkzeugantriebs im Warnmodus vorgesehen ist.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem der Überwachungsbereiche (76) eine Sicherheitsabschaltung der Werkzeugmaschine (10) zugeordnet ist.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (24) eine Recheneinheit (56) umfasst, die dazu vorgesehen ist, die Anwendungssituation durch eine auf einer unscharfen und/oder neuronalen Logik basierende Auswertung von Abstandskenngrößen (42, 44, 46, 82) zu erkennen.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (24) eine Datenbank (96) aufweist, in welcher einem Satz von Abstandskenngrößen (98) eine Anwendungssituation zugeordnet ist.
Werkzeugmaschine mit einer Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Erkennung einer Anwendungssituation bei einem Anwendungsprozess einer Werkzeugmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung der Anwendungssituation wenigstens eine Abstandskenngröße (42, 44, 46, 82, 98) erfasst wird.